- 带电粒子在电场中的运动
- 共5409题
水平放置的两块平行金属板长L=5.0cm,两板间距d=1.0cm,两板间电压为90v,且上板为正,一个电子沿水平方向以速度v0=2.0×107m/s,从两板中间射入,如图,求:
(1)电子偏离金属板时的侧位移是多少?
(2)电子飞出电场时的速度是多少?
(3)电子离开电场后,打在屏上的P点,若S=10cm,求OP的长?
(电子电量e=-1.6×10-19C,电子质量m=9.1×10-31kg)
正确答案
(1)5.0× 10-3 m(2)4 ×106m/s (3)200m
略
氢核(H)和氦核(
He)垂直射入同一有界匀强电场,分别求在下列情况下离开电场时它们的横向位移之比:(1)初速相同;(2)初动能相同;(3)初动量相同;(4)先经过同一加速电场后进入偏转电场。
正确答案
粒子在匀强电场中偏转,做匀变速曲线运动:
L=v0t .........(1) (L为极板长)
y=t2 .........(2) (y为横向位移)
由(1)(2)两式得:y=
(1)初速相同时,y∝,
=
·
=
·
=
.
(2)初动能相同时y= y∝q
=
=
.
(3)初动量相同时 y= y∝qm
=
·
=
·
=
.
(4)先经过同一加速电场加速
由qU加= mv02得y=
,与qm无关。
=1
略
如图所示,一束β粒子自下而上进人一水平方向的匀强电场后发生偏转,则电场方向向 (填“左”或“右”)进人电场后,β粒子的动能 (填“增加”、“减少”或“不变”).
正确答案
左、增加
略
(15分)如图所示,水平放置的平行板电容器,两板间距为d=8cm,板长为L=25cm,接在直流电源上,有一带电液滴以υ0=0.5m/s的初速度从板间的正中央水平射入,恰好做匀速直线运动,当它运动到P处时迅速将下板向上提起cm,液滴刚好从金属板末端飞出,
求(1)将下板向上提起后,液滴的加速度大小和方向;
(2)液滴从金属板末端飞出时的速度大小;
(3)液滴从射入运动到P点所用时间。(g取10m/s2)
正确答案
(1)(2)
(3)0.3s
试题分析:(1)带电液滴在板间受重力和竖直向上的电场力,因为液滴匀速运动,所以有:
当下板向上提后,d减小,E增大,电场力增大,故液滴向上偏转,在电场中做类平抛运动.
(2)因液滴刚好从金属末端飞出,所以液滴在竖直方向上的位移是d/2,
设液滴从P点开始在匀强电场中的飞行时间为,则:
竖直方向的速度
从金属板末端飞出的速度
(3)
点评:带电粒子在电场中的偏转类似于类平抛运动,分清各个方向上的运动性质是关键,
如图所示,一质量为m的质子(重力不计)以初速度V0垂直电场方向从a点射入匀强电场中,当质子到达b点时,速度方向恰与场强方向成450角,已知电子电量大小为e,求
(1)a、b 两点的电势差Uab等于多少。
(2)如图,从b点画与场强垂直线至与a点同一高度0点,则距离Lao与Lbo之比是多少?
正确答案
(1) b点速度方向与初速度方向成450角,知
由动能定理得:
解得:
(2)质子做类平抛运动,设电场方向为x轴,垂直于电场方向为y轴
略
图甲所示的平行板电容器板间距离为d,两板所加电压随时间变化图线如图乙所示,t=0时刻,质量为m、带电量为q的粒子以平行于极板的速度V0射入电容器,t1=3T时刻恰好从下极板边缘射出电容器,带电粒子的重力不计,求:
(1)平行板电容器板长L;
(2)子射出电容器时偏转的角度φ;
(3)子射出电容器时竖直偏转的位移y。
正确答案
(1)L =3v0T (2)φ=arctan(3)
(1)t=3T,○○方向匀速直线运动,L=v0t=3v0T
(2)射出电容器时,偏转角度为φ, tgφ=vy/v0, vy=2at=,
∴φ=arctan
(3)电场方向粒子先匀加速再匀减速然后又匀加速至出电容器,
0~T, T~2T,
2T~3T, ∴
(20分)如图所示为一空间直角坐标系xoy,在和MN之间的区域内,有宽度为d、沿y轴正方向的匀强电场,电场强度为E。有一质量为m、电量为
的电子,由静止开始经过另一电势差为U的电场加速后,从
轴上的P点(坐标0、
),沿x轴正方向射入电场(电子重力不计)。
(1)求电子能够从x轴上方飞离电场区域,加速电场的电势差U应满足什么条件?
(2)若电子从右边界MN上某点射出后,运动到x轴上的Q点,求Q点的横坐标。(加速电压U已知)
正确答案
(1)
(2)
(1)电子经加速后,到达P点的速度为,由动能定理
…………(3分)
电子在电场中做类平抛运动,则有
…………(1分)
…………(1分)
…………(1分)
解得…………(2分)
若电子能够从轴上方飞离电场区域,则
…………………(1分)
综上解得: 即为所求……………………(2分)
(2)电子从MN上某点射出时,速度v的方向与水平方向成角。
…………(3分)
设NQ的长度为,
…………(2分)
则的横坐标…………(1分)
解得…………(3分)
如图所示,水平放置的平行板电容器,原来两板不带电,上极板接地,它的极板长 L= 0.1m,两板间距离d =" 0.4" cm,有一束相同的带电微粒以相同的初速度先后从两板中央平行极板射入,由于重力作用微粒能落到下板上,微粒所带电荷立即转移到下极板且均匀分布在下极板上.设前一微粒落到下极板上时后一微粒才能开始射入两极板间。已知微粒质量为 m = 2×10-6kg,电量q = 1×10-8 C,电容器电容为C=10-6 F,取g=10m∕s2.求:
(1)第一个微粒运动的时间
(2)为使第一个微粒的落点范围能在下板中点B到紧靠右边缘的C点之内,求微粒入射的初速度v0的取值范围;
(3)若带电微粒均以第一问中初速度v0的最小值入射,求最后一个带电微粒落到下极板上时的电势能(取地面为零势能面)。
正确答案
(1)t1=0.02s(2)2.5 m/s≤v0≤5 m/s(3)ε电 =qEd=6×10-8 J
(1)(5分)第1个粒子落下极板上时:=
gt12(3分),t1=0.02s(2分)
(2)(5分)由=v01t1 , 得v01=2.5 m/s (2分,若落到B点,由L=v02t1,得v02=5 m/s(2分),故2.5 m/s≤v0≤5 m/s(1分)
(3)(6分)由L=v01t, 得t=4×10-2 s (1分),由=
at2,得a=2.5 m/s2 (2分)
由mg-qE=ma,得qE=1.5×10-5N(1分),ε电 =qEd=6×10-8 J(2分)
如图所示,实线表示某电场中的三条电场线,虚线表示带电粒子只在电场力作用下的运动轨迹,试判断:粒子带__________电.粒子在__________点加速度大.A、B两点电势较高的点是__________.
正确答案
正 B B
试题分析:粒子只受电场力作用,由粒子运动轨迹可得粒子带正电,由B处电场线较密,可得 B点的电场强度较大,且粒子在B点受力方向与该处的场强方向相同,则粒子在B点加速度较大,沿电场方向电势降低,所以由电场线性质可得B点的电势较高,即
如图所示,电荷量为-e、质量为m的电子从A点垂直电场方向进入匀强电场,初速度为,当它通过电场B点时,速度与场强成
角,不计电子的重力, A、B两点间的电势差
=_________。
正确答案
电子做类平抛,在B点,由速度分解知:;
从A到B动能定理: ∴
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